專(zhuān)利名稱(chēng)：移動(dòng)體控制裝置、及其控制方法以及控制程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制進(jìn)行倒立控制而行駛的倒立型移動(dòng)體的移動(dòng)體控制裝置、及其控制方法以及控制程序。
背景技術(shù)：
在使維持倒立狀態(tài)而行駛的倒立型移動(dòng)體具體化的情況下，重要的是即使是在由于電氣系統(tǒng)的故障等造成不能充分保證馬達(dá)輸出時(shí)也能夠繼續(xù)安全地行駛。例如，已知有在由于電氣系統(tǒng)的故障等導(dǎo)致倒立型移動(dòng)體突然減速的情況下，使輔助輪著地來(lái)防止跌倒的移動(dòng)體控制裝置(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)I)。在先技術(shù)文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)I :日本專(zhuān)利文獻(xiàn)特開(kāi)2008-247136號(hào)公報(bào)。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問(wèn)題但是，在上述專(zhuān)利文獻(xiàn)I所示的移動(dòng)體控制裝置中，例如，在發(fā)生故障時(shí)等導(dǎo)致馬達(dá)輸出下降時(shí)，使輔助輪著地，所以不能繼續(xù)行駛。另一方面，優(yōu)選以下的移動(dòng)體控制裝置即使是在由于那樣的故障導(dǎo)致不能充分保證馬達(dá)輸出的情況下，也不使用輔助輪而能夠以可利用的馬達(dá)輸出繼續(xù)進(jìn)行倒立控制。本發(fā)明是為了解決這樣的問(wèn)題而做出的，其主要目的是提供即使在移動(dòng)體的馬達(dá)輸出不能充分保證的情況下，也能夠以可利用的馬達(dá)輸出繼續(xù)進(jìn)行倒立控制的移動(dòng)體控制裝置、及其控制方法以及控制程序。用于解決問(wèn)題的手段為了達(dá)成上述目的的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式是一種移動(dòng)體控制裝置，其特征在 于，所述移動(dòng)體控制裝置控制驅(qū)動(dòng)移動(dòng)體的車(chē)輪的馬達(dá)來(lái)進(jìn)行所述移動(dòng)體的倒立控制，所述移動(dòng)體控制裝置包括狀態(tài)量檢測(cè)單元，所述狀態(tài)量檢測(cè)單元檢測(cè)所述移動(dòng)體的狀態(tài)量；要求輸出估計(jì)單元，所述要求輸出估計(jì)單元基于通過(guò)所述狀態(tài)量檢測(cè)單元檢測(cè)出的所述移動(dòng)體的狀態(tài)量來(lái)估計(jì)要求輸出估計(jì)值，所述要求輸出估計(jì)值表示在使所述移動(dòng)體動(dòng)作時(shí)所需的馬達(dá)輸出；界限輸出估計(jì)單元，所述界限輸出估計(jì)單元基于通過(guò)所述狀態(tài)量檢測(cè)單元檢測(cè)出的所述移動(dòng)體的狀態(tài)量來(lái)估計(jì)馬達(dá)輸出飽和時(shí)的界限輸出；調(diào)整指令運(yùn)算單元，所述調(diào)整指令運(yùn)算單元在判斷出通過(guò)所述要求輸出估計(jì)單元估計(jì)出的所述要求輸出估計(jì)值超過(guò)通過(guò)所述界限輸出估計(jì)單元估計(jì)出的所述界限輸出估計(jì)值時(shí)，調(diào)整指令值以使得所述要求輸出估計(jì)值處于所述界限輸出估計(jì)值以?xún)?nèi)；以及控制單元，所述控制單元基于通過(guò)所述調(diào)整指令運(yùn)算單元調(diào)整后的所述指令值來(lái)控制所述移動(dòng)體的馬達(dá)。在該實(shí)施方式中，也可以是所述狀態(tài)量檢測(cè)單元檢測(cè)表示所述移動(dòng)體的傾斜的負(fù)荷角度，所述移動(dòng)體控制裝置還包括指令輸入單元，表示所述移動(dòng)體的行駛指示的負(fù)荷角度指令被輸入到所述指令輸入單元中，所述控制單元控制所述移動(dòng)體，以使得通過(guò)所述狀態(tài)量檢測(cè)單元檢測(cè)出的所述負(fù)荷角度追隨通過(guò)所述指令輸入單元輸入的所述負(fù)荷角度指令。另外，在該實(shí)施方式中，也可以是所述界限輸出估計(jì)單元基于來(lái)自所述控制單元的所述馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩指令和來(lái)自所述狀態(tài)量檢測(cè)單元的所述狀態(tài)量來(lái)運(yùn)算所述馬達(dá)消耗的輸出，在該運(yùn)算值飽和時(shí)，將所述運(yùn)算值估計(jì)為所述界限輸出估計(jì)值。而且，在該實(shí)施方式中，也可以是所述要求輸出估計(jì)單元基于來(lái)自所述狀態(tài)量檢測(cè)單元的所述狀態(tài)量，來(lái)計(jì)算出作為所述負(fù)荷角度指令的多項(xiàng)式的、在根據(jù)通過(guò)所述指令輸入單元輸入的所述負(fù)荷角度指令使所述移動(dòng)體動(dòng)作時(shí)所需的所述要求輸出估計(jì)值。另外，在該實(shí)施方式中，也可以是還包括要求輸出一階微分估計(jì)單元，所述要求輸出一階微分估計(jì)單元基于來(lái)自所述狀態(tài)量檢測(cè)單元的所述狀態(tài)量，來(lái)計(jì)算出作為所述、負(fù)荷角度指令的多項(xiàng)式的、所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值；以及判別式運(yùn)算單元，所述判別式運(yùn)算單元基于來(lái)自所述狀態(tài)量檢測(cè)單元的所述狀態(tài)量來(lái)計(jì)算出判別式運(yùn)算值，所述判別式運(yùn)算值用于判別所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值。另外，在該實(shí)施方式中，也可以是所述調(diào)整指令運(yùn)算單元在判斷出基于來(lái)自所述指令輸入單元的所述負(fù)荷角度指令的所述要求輸出估計(jì)值超過(guò)所述界限輸出估計(jì)值時(shí)，基于來(lái)自所述要求輸出一階微分估計(jì)單元的所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值的符號(hào)和來(lái)自所述判別式運(yùn)算單元的所述判別式運(yùn)算值來(lái)計(jì)算出所述調(diào)整負(fù)荷角度指令，所述調(diào)整負(fù)荷角度指令是以使所述要求輸出估計(jì)值處于所述界限輸出估計(jì)值以?xún)?nèi)的方式調(diào)整所述負(fù)荷角度指令而得的指令，所述控制單元進(jìn)行倒立控制，以使得所述移動(dòng)體的負(fù)荷角度追隨所述調(diào)整后的所述調(diào)整負(fù)荷角度指令。另外，在該實(shí)施方式中，也可以是所述調(diào)整指令運(yùn)算單元(a)在判斷出所述要求輸出估計(jì)值超過(guò)所述界限輸出估計(jì)值、所述判別式運(yùn)算值的符號(hào)為負(fù)或O、并且所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值不是O時(shí)，以與所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值的符號(hào)和所述要求輸出估計(jì)值的符號(hào)的積具有相反的符號(hào)的調(diào)整量來(lái)調(diào)整所述負(fù)荷角度指令，(b)在判斷出所述要求輸出估計(jì)值超過(guò)所述界限輸出估計(jì)值、所述判別式運(yùn)算值的符號(hào)為負(fù)或O、并且所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值是O時(shí)，以與對(duì)所述負(fù)荷角度指令加上微小角度而得的改變負(fù)荷角度指令中的所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值的符號(hào)和所述要求輸出估計(jì)值的符號(hào)的積具有相反的符號(hào)的調(diào)整量來(lái)調(diào)整所述負(fù)荷角度指令，(c)在判斷出所述要求輸出估計(jì)值超過(guò)所述界限輸出估計(jì)值、所述判別式運(yùn)算值的符號(hào)為正、并且所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值不是O時(shí)，以與所述負(fù)荷角度指令中的所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值的符號(hào)和所述要求輸出估計(jì)值的符號(hào)的積具有相反的符號(hào)的調(diào)整量來(lái)調(diào)整所述負(fù)荷角度指令，(d)在判斷出所述要求輸出估計(jì)值超過(guò)所述界限輸出估計(jì)值、所述判別式運(yùn)算值的符號(hào)為正、并且所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值是O時(shí)，以與所述負(fù)荷角度指令的符號(hào)具有相反的符號(hào)的調(diào)整量來(lái)調(diào)整所述負(fù)荷角度指令。另外，在該實(shí)施方式中，也可以是在由所述調(diào)整指令運(yùn)算單元判斷出基于來(lái)自所述指令輸入單元的負(fù)荷角度指令的所述要求輸出估計(jì)值處于所述界限輸出估計(jì)值以?xún)?nèi)吋，所述控制單元進(jìn)行倒立控制，以使得所述移動(dòng)體的負(fù)荷角度追隨通過(guò)所述指令輸入單元輸入的所述負(fù)荷角度指令。此外，在該實(shí)施方式中，也可以是所述狀態(tài)量檢測(cè)單元包括狀態(tài)檢測(cè)部，所述狀態(tài)檢測(cè)部檢測(cè)所述移動(dòng)體的狀態(tài)量作為狀態(tài)檢測(cè)值；以及狀態(tài)估計(jì)部，所述狀態(tài)估計(jì)部基于通過(guò)所述狀態(tài)檢測(cè)部檢測(cè)出的所述狀態(tài)檢測(cè)值來(lái)估計(jì)作為所述狀態(tài)檢測(cè)值的估計(jì)值的狀態(tài)估計(jì)值。另外，在該實(shí)施方式中，也可以是所述要求輸出估計(jì)值是關(guān)于所述負(fù)荷角度指令的時(shí)變四次多項(xiàng)式。而且，在該實(shí)施方式中，也可以是所述狀態(tài)量檢測(cè)單元檢測(cè)所述移動(dòng)體的負(fù)荷角
度、負(fù)荷速度、負(fù)荷加速度、以及車(chē)輪角度中的至少ー者。另外，在該實(shí)施方式中，也可以是還包括指令調(diào)整單元，所述指令調(diào)整單元根據(jù)來(lái)自所述調(diào)整指令運(yùn)算單元的指示，將通過(guò)所述指令輸入單元輸入的所述負(fù)荷角度指令以及通過(guò)所述調(diào)整指令運(yùn)算單元調(diào)整后的調(diào)整負(fù)荷角度指令中的一者輸出給所述控制単元，所述控制單元控制所述移動(dòng)體的馬達(dá)，以使得所述移動(dòng)體的負(fù)荷角度追隨從所述指令調(diào)整單元輸出的所述負(fù)荷角度指令以及調(diào)整負(fù)荷角度指令。另ー方面，為了達(dá)成上述目的的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式可以是ー種移動(dòng)體控制裝置的控制方法，所述移動(dòng)體控制裝置控制驅(qū)動(dòng)移動(dòng)體的車(chē)輪的馬達(dá)來(lái)進(jìn)行所述移動(dòng)體的倒立控制，所述控制方法的特征在于，包括以下步驟檢測(cè)所述移動(dòng)體的狀態(tài)量；基于所述檢測(cè)出的移動(dòng)體的狀態(tài)量來(lái)估計(jì)要求輸出估計(jì)值，所述要求輸出估計(jì)值表示在使所述移動(dòng)體動(dòng)作時(shí)所需的馬達(dá)輸出；基于所述檢測(cè)出的移動(dòng)體的狀態(tài)量來(lái)估計(jì)馬達(dá)輸出飽和時(shí)的界限輸出；在判斷出所述估計(jì)出的要求輸出估計(jì)值超過(guò)所述估計(jì)出的界限輸出估計(jì)值時(shí)，調(diào)整指令值，以使得所述要求輸出估計(jì)值處于所述界限輸出估計(jì)值以?xún)?nèi)；以及基于所述調(diào)整后的指令值來(lái)控制所述移動(dòng)體的馬達(dá)。另外，為了達(dá)成上述目的的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式可以是ー種移動(dòng)體控制裝置的控制程序，所述移動(dòng)體控制裝置控制驅(qū)動(dòng)移動(dòng)體的車(chē)輪的馬達(dá)來(lái)進(jìn)行所述移動(dòng)體的倒立控制，所述控制程序的特征在于，使計(jì)算機(jī)執(zhí)行以下處理檢測(cè)所述移動(dòng)體的狀態(tài)量；基于所述檢測(cè)出的移動(dòng)體的狀態(tài)量來(lái)估計(jì)要求輸出估計(jì)值，所述要求輸出估計(jì)值表示在使所述移動(dòng)體動(dòng)作時(shí)所需的馬達(dá)輸出；基于所述檢測(cè)出的移動(dòng)體的狀態(tài)量來(lái)估計(jì)馬達(dá)輸出飽和時(shí)的界限輸出；在判斷出所述估計(jì)出的要求輸出估計(jì)值超過(guò)所述估計(jì)出的界限輸出估計(jì)值吋，調(diào)整指令值，以使得所述要求輸出估計(jì)值處于所述界限輸出估計(jì)值以?xún)?nèi)；以及基于所述調(diào)整后的指令值來(lái)控制所述移動(dòng)體的馬達(dá)。另外，為了達(dá)成上述目的的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式可以是ー種移動(dòng)體控制裝置，其特征在于，所述移動(dòng)體控制裝置控制驅(qū)動(dòng)移動(dòng)體的車(chē)輪的馬達(dá)來(lái)進(jìn)行所述移動(dòng)體的倒立控制，所述移動(dòng)體控制裝置包括傳感器，所述傳感器檢測(cè)所述移動(dòng)體的狀態(tài)量；要求輸出估計(jì)部，所述要求輸出估計(jì)部基于通過(guò)所述傳感器檢測(cè)出的所述移動(dòng)體的狀態(tài)量來(lái)估計(jì)要求輸出估計(jì)值，所述要求輸出估計(jì)值表示在使所述移動(dòng)體動(dòng)作時(shí)所需的馬達(dá)輸出；界限輸出估計(jì)部，所述界限輸出估計(jì)部基于通過(guò)所述傳感器檢測(cè)出的所述移動(dòng)體的狀態(tài)量來(lái)估計(jì)馬達(dá)輸出飽和時(shí)的界限輸出；調(diào)整指令運(yùn)算部，所述調(diào)整指令運(yùn)算部在判斷出通過(guò)所述要求輸出估計(jì)部估計(jì)出的所述要求輸出估計(jì)值超過(guò)通過(guò)所述界限輸出估計(jì)部估計(jì)出的所述界限輸出估計(jì)值時(shí)，調(diào)整指令值以使得所述要求輸出估計(jì)值處于所述界限輸出估計(jì)值以?xún)?nèi)；以及控制部，所述控制部基于通過(guò)所述調(diào)整指令運(yùn)算部調(diào)整后的所述指令值來(lái)控制所述移動(dòng)體的馬達(dá)。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，可提供能夠以移動(dòng)體可利用的馬達(dá)輸出繼續(xù)進(jìn)行倒立控制的移動(dòng)體控制裝置、及其控制方法以及控制程序。


圖I是示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的倒立型移動(dòng)體的概要構(gòu)成的立體圖；圖2是示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的移動(dòng)體控制裝置的概要系統(tǒng)構(gòu)成的 框圖；圖3是示意性地示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的倒立型移動(dòng)體的側(cè)視圖；圖4是示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的移動(dòng)體控制裝置的控制處理流程的一個(gè)例子的流程圖；圖5是示出確認(rèn)在電池的単元故障時(shí)在界限輸出以?xún)?nèi)繼續(xù)進(jìn)行倒立控制的效果的仿真結(jié)果的圖；圖6是示出確認(rèn)在電池的単元故障時(shí)在界限輸出以?xún)?nèi)繼續(xù)進(jìn)行倒立控制的效果的仿真結(jié)果的圖；圖7是示出確認(rèn)在電池的単元故障時(shí)在界限輸出以?xún)?nèi)繼續(xù)進(jìn)行倒立控制的效果的仿真結(jié)果的圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的移動(dòng)體控制裝置是例如在進(jìn)行維持倒立狀態(tài)的倒立控制的同時(shí)進(jìn)行期望的行駛的倒立型移動(dòng)體100中，在由于電氣系統(tǒng)的故障等導(dǎo)致能夠使用的馬達(dá)輸出下降的情況下，能夠在其界限輸出以?xún)?nèi)繼續(xù)行駛的移動(dòng)體控制裝置。這里,倒立型移動(dòng)體100例如如圖I所示構(gòu)成為同軸ニ輪車(chē)，該同軸ニ輪車(chē)包括人或貨物等負(fù)荷被搭載于其上的平臺(tái)101、以能夠旋轉(zhuǎn)的方式被設(shè)置在平臺(tái)101上并被ー對(duì)馬達(dá)分別驅(qū)動(dòng)的一對(duì)車(chē)輪102、以能夠操作的方式被立起設(shè)置于平臺(tái)101上的把柄103、以及被連接到把柄103并且由人等握持的把手104，但是倒立型移動(dòng)體100不限于此，能夠應(yīng)用維持倒立狀態(tài)而行駛的任意的移動(dòng)體。圖2是示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的移動(dòng)體控制裝置的概要系統(tǒng)構(gòu)成的框圖。本實(shí)施方式所涉及的移動(dòng)體控制裝置200包括指令輸入器201、指令調(diào)整器202、控制器203、狀態(tài)檢測(cè)器204、狀態(tài)估計(jì)器205、界限輸出估計(jì)器206、要求輸出估計(jì)器207、要求輸出ー階微分估計(jì)器208、判別式運(yùn)算器209、以及調(diào)整指令運(yùn)算器210。指令輸入器201是指令輸入單元的ー個(gè)具體例子，與根據(jù)搭乘者對(duì)倒立型移動(dòng)體100的行駛操作(例如，使倒立型移動(dòng)體100的平臺(tái)101或者把柄103向前方或后方傾斜的操作)而被輸入的負(fù)荷角度Q1相應(yīng)的負(fù)荷角度指令Θ k被輸入到指令輸入器201。指令輸入器201對(duì)指令調(diào)整器202以及調(diào)整指令運(yùn)算器210輸出被輸入的負(fù)荷角度指令Θ lrD指令調(diào)整器202是指令調(diào)整單元的ー個(gè)具體例子，在從調(diào)整指令運(yùn)算器210接收到后述的第一指令信號(hào)時(shí)，對(duì)控制器203輸出來(lái)自指令輸入器201的負(fù)荷角度指令Θμ另夕卜，在從調(diào)整指令運(yùn)算器210接收到后述的第二指令信號(hào)時(shí)，對(duì)控制器203輸出來(lái)自調(diào)整指令運(yùn)算器210的調(diào)整負(fù)荷角度指令Θ k+Λ Θ lrD控制器203是控制単元的ー個(gè)具體例子，其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)倒立型移動(dòng)體100的各車(chē)輪102的馬達(dá)的反饋控制，使得倒立型移動(dòng)體100的負(fù)荷角度Θ i追隨來(lái)自指令調(diào)整器202的 負(fù)荷角度指令Θ lr或者調(diào)整負(fù)荷角度指令Θ k+Λ Θ lrD狀態(tài)檢測(cè)器204是狀態(tài)檢測(cè)部的ー個(gè)具體例子，其使用倒立型移動(dòng)體100上設(shè)置的角度傳感器、車(chē)輪速度傳感器、加速度傳感器、傾斜傳感器等傳感器來(lái)檢測(cè)倒立型移動(dòng)體100的負(fù)荷角度、負(fù)荷速度、負(fù)荷加速度、以及車(chē)輪速度等，并作為狀態(tài)檢測(cè)值輸出給狀態(tài)估計(jì)器205。狀態(tài)估計(jì)器205是狀態(tài)估計(jì)部的ー個(gè)具體例子，其基于來(lái)自狀態(tài)檢測(cè)器204的負(fù)荷角度、負(fù)荷速度、負(fù)荷加速度、車(chē)輪速度等狀態(tài)檢測(cè)值，來(lái)計(jì)算作為各狀態(tài)檢測(cè)值的估計(jì)值的負(fù)荷角度估計(jì)值、負(fù)荷速度估計(jì)值、負(fù)荷加速度估計(jì)值、以及車(chē)輪速度估計(jì)值等狀態(tài)估計(jì)值，井分別輸出給界限輸出估計(jì)器206、要求輸出估計(jì)器207、要求輸出ー階微分估計(jì)器208、以及判別式運(yùn)算器209。界限輸出估計(jì)器206是界限輸出估計(jì)單元的ー個(gè)具體例子，其基于來(lái)自控制器203的馬達(dá)轉(zhuǎn)矩指令和來(lái)自狀態(tài)估計(jì)器205的狀態(tài)估計(jì)值，例如使用下述(9)式來(lái)運(yùn)算馬達(dá)消耗的輸出，在其運(yùn)算值飽和時(shí)，將其運(yùn)算值作為界限輸出估計(jì)值Plim，輸出給調(diào)整指令運(yùn)算器210。要求輸出估計(jì)器207是要求輸出估計(jì)單元的ー個(gè)具體例子，其基于來(lái)自狀態(tài)估計(jì)器205的狀態(tài)估計(jì)值，使用下述(17)式來(lái)計(jì)算作為負(fù)荷角度指令Θ&的多項(xiàng)式的、在根據(jù)通過(guò)指令輸入器201輸入的負(fù)荷角度指令Θ lr使倒立型移動(dòng)體100動(dòng)作時(shí)所需的要求輸出估計(jì)值P ( Θ J，并輸出給調(diào)整指令運(yùn)算器210。要求輸出ー階微分估計(jì)器208是要求輸出ー階微分估計(jì)單元的ー個(gè)具體例子，其基于來(lái)自狀態(tài)估計(jì)器205的狀態(tài)估計(jì)值，使用下述(20)式來(lái)計(jì)算作為負(fù)荷角度指令Θ&的多項(xiàng)式的、要求輸出估計(jì)值的ー階微分值(以下，稱(chēng)為要求輸出ー階微分估計(jì)值)，并輸出給調(diào)整指令運(yùn)算器210。判別式運(yùn)算器209是判別式運(yùn)算單元的ー個(gè)具體例子，其基于來(lái)自狀態(tài)估計(jì)器205的狀態(tài)估計(jì)值，使用下述(21)式來(lái)計(jì)算用于判別要求輸出ー階微分估計(jì)值的判別式運(yùn)算值Λ，并輸出給調(diào)整指令運(yùn)算器210。調(diào)整指令運(yùn)算器210是調(diào)整指令運(yùn)算單元的ー個(gè)具體例子，其在基于來(lái)自指令輸入器201的負(fù)荷角度指令Θい來(lái)自界限輸出估計(jì)器206的界限輸出估計(jì)值Plim、以及來(lái)自要求輸出估計(jì)器207的要求輸出估計(jì)值P(Qli)判斷出基于來(lái)自指令輸入器201的負(fù)荷角度指令Θ&的要求輸出估計(jì)值P(0J處于界限輸出估計(jì)值Plim以?xún)?nèi)時(shí)，對(duì)指令調(diào)整器202輸出表示該情況的第一指令信號(hào)。另ー方面，調(diào)整指令運(yùn)算器210在基于來(lái)自指令輸入器201的負(fù)荷角度指令Θ lr>來(lái)自界限輸出估計(jì)器206的界限輸出估計(jì)值Plim、以及來(lái)自要求輸出估計(jì)器207的要求輸出估計(jì)值P(ej判斷出基于來(lái)自指令輸入器201的負(fù)荷角度指令0じ的要求輸出估計(jì)值p(0lr)超過(guò)界限輸出估計(jì)值Plim時(shí)，基于來(lái)自要求輸出ー階微分估計(jì)器208的要求輸出ー階微分估計(jì)值的符號(hào)和來(lái)自判別式運(yùn)算器209的判別式運(yùn)算值Λ，來(lái)計(jì)算調(diào)整負(fù)荷角度指令Θ^+Λ Θが并將計(jì)算出的調(diào)整負(fù)荷角度指令Θ^+Λ Θ&和表示該情況的第二指令信號(hào)輸出給指令調(diào)整器202，調(diào)整負(fù)荷角度指令Q1, Λ Θ&是以使要求輸出估計(jì)值處于界限輸出估計(jì)值Plini以?xún)?nèi)的方式調(diào)整負(fù)荷角度指令Θじ而得的指令。此外，移動(dòng)體控制裝置200例如以微型計(jì)算機(jī)為中心由硬件構(gòu)成，所述微型計(jì)算機(jī)包括進(jìn)行控制處理、運(yùn)算處理等的CPU (Central Processing Unit :中央處理單元)、存儲(chǔ)通過(guò)CPU執(zhí)行的控制 程序、運(yùn)算程序等的ROM (Read Only Memory :只讀存儲(chǔ)器)、以及存儲(chǔ)處理數(shù)據(jù)等的RAM (Random Access Memory :隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)等。接著，詳細(xì)地說(shuō)明移動(dòng)體控制裝置200中的更加具體的處理的ー個(gè)例子。圖3是示意性地示出圖I所示的倒立型移動(dòng)體的側(cè)視圖。例如如圖3所示,倒立型移動(dòng)體100被構(gòu)成為負(fù)荷301以能夠旋轉(zhuǎn)的方式連接到同軸配置的被馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的ー對(duì)車(chē)輪102上，并在維持負(fù)荷301的倒立狀態(tài)的同時(shí)以期望的速度行駛。這里，詳細(xì)說(shuō)明圖3所示的倒立型移動(dòng)體100的運(yùn)動(dòng)方程式。此外下述運(yùn)動(dòng)方程式(I)使用公知的分析力學(xué)的方法導(dǎo)出。首先，動(dòng)能T以及勢(shì)能V能夠分別由下述(I)式以及⑵式表示。[數(shù)I]T = — mx {τθ2 + I cos Oxθλ) + / sin θλ Ox j J + — */,+^w2 (τθ2 )2 + 丄·72622…(I)式[數(shù)2]V = W1 g/cos(9〗-IW1^2Zcosei...⑵式此外，在上述⑴式以及⑵式中，各記號(hào)設(shè)定如下Hi1 :負(fù)荷301的質(zhì)量J1:負(fù)荷301的慣性矩m2 :車(chē)輪102的質(zhì)量J2 :車(chē)輪102的慣性矩ji,:車(chē)輪垂直加速度I :負(fù)荷301的重心和車(chē)軸的距離r :車(chē)輪102的半徑g :重力加速度另外，使用上述(I)式和(2)式來(lái)計(jì)算拉格朗日算子L = T-V，通過(guò)使用歐拉-拉格朝日方程式，上述的運(yùn)動(dòng)方程式能夠表示為下述(3)式以及(4)式。[數(shù)3](/W1/2 + J1)我 + WilH cos θχθ2 - Jnlgl sin θ' = -Tm
…⑶式此外，在上述(3)式中，！ 表示馬達(dá)轉(zhuǎn)矩。[數(shù)4]
權(quán)利要求
1.一種移動(dòng)體控制裝置，其特征在于，所述移動(dòng)體控制裝置控制驅(qū)動(dòng)移動(dòng)體的車(chē)輪的馬達(dá)來(lái)進(jìn)行所述移動(dòng)體的倒立控制， 所述移動(dòng)體控制裝置包括 狀態(tài)量檢測(cè)單元，所述狀態(tài)量檢測(cè)單元檢測(cè)所述移動(dòng)體的狀態(tài)量； 要求輸出估計(jì)單元，所述要求輸出估計(jì)單元基于通過(guò)所述狀態(tài)量檢測(cè)單元檢測(cè)出的所述移動(dòng)體的狀態(tài)量來(lái)估計(jì)要求輸出估計(jì)值，所述要求輸出估計(jì)值表示在使所述移動(dòng)體動(dòng)作時(shí)所需的馬達(dá)輸出； 界限輸出估計(jì)單元，所述界限輸出估計(jì)單元基于通過(guò)所述狀態(tài)量檢測(cè)單元檢測(cè)出的所述移動(dòng)體的狀態(tài)量來(lái)估計(jì)馬達(dá)輸出飽和時(shí)的界限輸出； 調(diào)整指令運(yùn)算單元，所述調(diào)整指令運(yùn)算單元在判斷出通過(guò)所述要求輸出估計(jì)單元估計(jì)出的所述要求輸出估計(jì)值超過(guò)通過(guò)所述界限輸出估計(jì)單元估計(jì)出的界限輸出估計(jì)值時(shí)，調(diào)整指令值以使得所述要求輸出估計(jì)值處于所述界限輸出估計(jì)值以?xún)?nèi)；以及 控制單元，所述控制單元基于通過(guò)所述調(diào)整指令運(yùn)算單元調(diào)整后的所述指令值來(lái)控制所述移動(dòng)體的馬達(dá)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的移動(dòng)體控制裝置，其特征在于， 所述狀態(tài)量檢測(cè)單元檢測(cè)表示所述移動(dòng)體的傾斜的負(fù)荷角度， 所述移動(dòng)體控制裝置還包括指令輸入單元，表示所述移動(dòng)體的行駛指示的負(fù)荷角度指令被輸入到所述指令輸入單元中， 所述控制單元控制所述移動(dòng)體，以使得通過(guò)所述狀態(tài)量檢測(cè)單元檢測(cè)出的所述負(fù)荷角度追隨通過(guò)所述指令輸入單元輸入的所述負(fù)荷角度指令。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的移動(dòng)體控制裝置，其特征在于， 所述界限輸出估計(jì)單元基于來(lái)自所述控制單元的所述馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩指令和來(lái)自所述狀態(tài)量檢測(cè)單元的所述狀態(tài)量來(lái)運(yùn)算所述馬達(dá)消耗的輸出，在該運(yùn)算值飽和時(shí)，將所述運(yùn)算值估計(jì)為所述界限輸出估計(jì)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的移動(dòng)體控制裝置，其特征在于， 所述要求輸出估計(jì)單元基于來(lái)自所述狀態(tài)量檢測(cè)單元的所述狀態(tài)量，來(lái)計(jì)算出作為所述負(fù)荷角度指令的多項(xiàng)式的、在根據(jù)通過(guò)所述指令輸入單元輸入的所述負(fù)荷角度指令使所述移動(dòng)體動(dòng)作時(shí)所需的所述要求輸出估計(jì)值。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的移動(dòng)體控制裝置，其特征在于，還包括 要求輸出一階微分估計(jì)單元，所述要求輸出一階微分估計(jì)單元基于來(lái)自所述狀態(tài)量檢測(cè)單元的所述狀態(tài)量，來(lái)計(jì)算出作為所述負(fù)荷角度指令的多項(xiàng)式的、所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值；以及 判別式運(yùn)算單元，所述判別式運(yùn)算單元基于來(lái)自所述狀態(tài)量檢測(cè)單元的所述狀態(tài)量來(lái)計(jì)算出判別式運(yùn)算值，所述判別式運(yùn)算值用于判別所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的移動(dòng)體控制裝置，其特征在于， 所述調(diào)整指令運(yùn)算單元在判斷出基于來(lái)自所述指令輸入單元的所述負(fù)荷角度指令的所述要求輸出估計(jì)值超過(guò)所述界限輸出估計(jì)值時(shí)，基于來(lái)自所述要求輸出一階微分估計(jì)單元的所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值的符號(hào)和來(lái)自所述判別式運(yùn)算單元的所述判別式運(yùn)算值來(lái)計(jì)算出所述調(diào)整負(fù)荷角度指令，所述調(diào)整負(fù)荷角度指令是以使所述要求輸出估計(jì)值處于所述界限輸出估計(jì)值以?xún)?nèi)的方式調(diào)整所述負(fù)荷角度指令而得的指令， 所述控制單元進(jìn)行倒立控制，以使得所述移動(dòng)體的負(fù)荷角度追隨所述調(diào)整后的所述調(diào)整負(fù)荷角度指令。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的移動(dòng)體控制裝置，其特征在于， 所述調(diào)整指令運(yùn)算單元 (a)在判斷出所述要求輸出估計(jì)值超過(guò)所述界限輸出估計(jì)值、所述判別式運(yùn)算值的符號(hào)為負(fù)或O、并且所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值不是O時(shí)，以與所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值的符號(hào)和所述要求輸出估計(jì)值的符號(hào)的積具有相反的符號(hào)的調(diào)整量來(lái)調(diào)整所述負(fù)荷角度指令， (b)在判斷出所述要求輸出估計(jì)值超過(guò)所述界限輸出估計(jì)值、所述判別式運(yùn)算值的符號(hào)為負(fù)或O、并且所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值是O時(shí)，以與對(duì)所述負(fù)荷角度指令加上微小角度而得的改變負(fù)荷角度指令中的所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值的符號(hào)和所述要求輸出估計(jì)值的符號(hào)的積具有相反的符號(hào)的調(diào)整量來(lái)調(diào)整所述負(fù)荷角度指令， (C)在判斷出所述要求輸出估計(jì)值超過(guò)所述界限輸出估計(jì)值、所述判別式運(yùn)算值的符號(hào)為正、并且所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值不是O時(shí)，以與所述負(fù)荷角度指令中的所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值的符號(hào)和所述要求輸出估計(jì)值的符號(hào)的積具有相反的符號(hào)的調(diào)整量來(lái)調(diào)整所述負(fù)荷角度指令， (d)在判斷出所述要求輸出估計(jì)值超過(guò)所述界限輸出估計(jì)值、所述判別式運(yùn)算值的符號(hào)為正、并且所述要求輸出估計(jì)值的一階微分值是O時(shí)，以與所述負(fù)荷角度指令的符號(hào)具有相反的符號(hào)的調(diào)整量來(lái)調(diào)整所述負(fù)荷角度指令。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7中任一項(xiàng)所述的移動(dòng)體控制裝置，其特征在于， 在由所述調(diào)整指令運(yùn)算單元判斷出基于來(lái)自所述指令輸入單元的負(fù)荷角度指令的所述要求輸出估計(jì)值處于所述界限輸出估計(jì)值以?xún)?nèi)時(shí)，所述控制單元進(jìn)行倒立控制，以使得所述移動(dòng)體的負(fù)荷角度追隨通過(guò)所述指令輸入單元輸入的所述負(fù)荷角度指令。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8中任一項(xiàng)所述的移動(dòng)體控制裝置，其特征在于， 所述狀態(tài)量檢測(cè)單元包括 狀態(tài)檢測(cè)部，所述狀態(tài)檢測(cè)部檢測(cè)所述移動(dòng)體的狀態(tài)量作為狀態(tài)檢測(cè)值；以及狀態(tài)估計(jì)部，所述狀態(tài)估計(jì)部基于通過(guò)所述狀態(tài)檢測(cè)部檢測(cè)出的所述狀態(tài)檢測(cè)值來(lái)估計(jì)作為所述狀態(tài)檢測(cè)值的估計(jì)值的狀態(tài)估計(jì)值。
10.根據(jù)權(quán)利要求2至9中任一項(xiàng)所述的移動(dòng)體控制裝置，其特征在于， 所述要求輸出估計(jì)值是關(guān)于所述負(fù)荷角度指令的時(shí)變四次多項(xiàng)式。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至10中任一項(xiàng)所述的移動(dòng)體控制裝置，其特征在于， 所述狀態(tài)量檢測(cè)單元檢測(cè)所述移動(dòng)體的負(fù)荷角度、負(fù)荷速度、負(fù)荷加速度、以及車(chē)輪角度中的至少一者。
12.根據(jù)權(quán)利要求2至11中任一項(xiàng)所述的移動(dòng)體控制裝置，其特征在于， 還包括指令調(diào)整單元，所述指令調(diào)整單元根據(jù)來(lái)自所述調(diào)整指令運(yùn)算單元的指示，將通過(guò)所述指令輸入單元輸入的所述負(fù)荷角度指令以及通過(guò)所述調(diào)整指令運(yùn)算單元調(diào)整后的調(diào)整負(fù)荷角度指令中的一者輸出給所述控制單元， 所述控制單元控制所述移動(dòng)體的馬達(dá)，以使得所述移動(dòng)體的負(fù)荷角度追隨從所述指令調(diào)整單元輸出的所述負(fù)荷角度指令以及調(diào)整負(fù)荷角度指令。
13.—種移動(dòng)體控制裝置的控制方法，所述移動(dòng)體控制裝置控制驅(qū)動(dòng)移動(dòng)體的車(chē)輪的馬達(dá)來(lái)進(jìn)行所述移動(dòng)體的倒立控制， 所述控制方法的特征在于，包括以下步驟 檢測(cè)所述移動(dòng)體的狀態(tài)量； 基于所述檢測(cè)出的移動(dòng)體的狀態(tài)量來(lái)估計(jì)要求輸出估計(jì)值，所述要求輸出估計(jì)值表示在使所述移動(dòng)體動(dòng)作時(shí)所需的馬達(dá)輸出； 基于所述檢測(cè)出的移動(dòng)體的狀態(tài)量來(lái)估計(jì)馬達(dá)輸出飽和時(shí)的界限輸出； 在判斷出所述估計(jì)出的要求輸出估計(jì)值超過(guò)所述估計(jì)出的界限輸出估計(jì)值時(shí)，調(diào)整指令值，以使得所述要求輸出估計(jì)值處于所述界限輸出估計(jì)值以?xún)?nèi)；以及基于所述調(diào)整后的指令值來(lái)控制所述移動(dòng)體的馬達(dá)。
14.一種移動(dòng)體控制裝置的控制程序，所述移動(dòng)體控制裝置控制驅(qū)動(dòng)移動(dòng)體的車(chē)輪的馬達(dá)來(lái)進(jìn)行所述移動(dòng)體的倒立控制， 所述控制程序的特征在于，使計(jì)算機(jī)執(zhí)行以下處理 檢測(cè)所述移動(dòng)體的狀態(tài)量； 基于所述檢測(cè)出的移動(dòng)體的狀態(tài)量來(lái)估計(jì)要求輸出估計(jì)值，所述要求輸出估計(jì)值表示在使所述移動(dòng)體動(dòng)作時(shí)所需的馬達(dá)輸出； 基于所述檢測(cè)出的移動(dòng)體的狀態(tài)量來(lái)估計(jì)馬達(dá)輸出飽和時(shí)的界限輸出； 在判斷出所述估計(jì)出的要求輸出估計(jì)值超過(guò)所述估計(jì)出的界限輸出估計(jì)值時(shí)，調(diào)整指令值，以使得所述要求輸出估計(jì)值處于所述界限輸出估計(jì)值以?xún)?nèi)；以及基于所述調(diào)整后的指令值來(lái)控制所述移動(dòng)體的馬達(dá)。
15.一種移動(dòng)體控制裝置，其特征在于，所述移動(dòng)體控制裝置控制驅(qū)動(dòng)移動(dòng)體的車(chē)輪的馬達(dá)來(lái)進(jìn)行所述移動(dòng)體的倒立控制，所述移動(dòng)體控制裝置包括 傳感器，所述傳感器檢測(cè)所述移動(dòng)體的狀態(tài)量； 要求輸出估計(jì)部，所述要求輸出估計(jì)部基于通過(guò)所述傳感器檢測(cè)出的所述移動(dòng)體的狀態(tài)量來(lái)估計(jì)要求輸出估計(jì)值，所述要求輸出估計(jì)值表示在使所述移動(dòng)體動(dòng)作時(shí)所需的馬達(dá)輸出； 界限輸出估計(jì)部，所述界限輸出估計(jì)部基于通過(guò)所述傳感器檢測(cè)出的所述移動(dòng)體的狀態(tài)量來(lái)估計(jì)馬達(dá)輸出飽和時(shí)的界限輸出； 調(diào)整指令運(yùn)算部，所述調(diào)整指令運(yùn)算部在判斷出通過(guò)所述要求輸出估計(jì)部估計(jì)出的所述要求輸出估計(jì)值超過(guò)通過(guò)所述界限輸出估計(jì)部估計(jì)出的界限輸出估計(jì)值時(shí)，調(diào)整指令值以使得所述要求輸出估計(jì)值處于所述界限輸出估計(jì)值以?xún)?nèi)；以及 控制部，所述控制部基于通過(guò)所述調(diào)整指令運(yùn)算部調(diào)整后的所述指令值來(lái)控制所述移動(dòng)體的馬達(dá)。
全文摘要
移動(dòng)體控制裝置控制驅(qū)動(dòng)移動(dòng)體的車(chē)輪的馬達(dá)來(lái)進(jìn)行移動(dòng)體的倒立控制。另外，移動(dòng)體控制裝置包括狀態(tài)量檢測(cè)單元，檢測(cè)移動(dòng)體的狀態(tài)量；要求輸出估計(jì)單元，基于通過(guò)狀態(tài)量檢測(cè)單元檢測(cè)出的移動(dòng)體的狀態(tài)量來(lái)估計(jì)要求輸出估計(jì)值，所述要求輸出估計(jì)值表示在使移動(dòng)體動(dòng)作時(shí)所需的馬達(dá)輸出；界限輸出估計(jì)單元，基于通過(guò)狀態(tài)量檢測(cè)單元檢測(cè)出的移動(dòng)體的狀態(tài)量來(lái)估計(jì)馬達(dá)輸出飽和時(shí)的界限輸出；調(diào)整指令運(yùn)算單元，在判斷出通過(guò)要求輸出估計(jì)單元估計(jì)出的要求輸出估計(jì)值超過(guò)通過(guò)界限輸出估計(jì)單元估計(jì)出的界限輸出估計(jì)值時(shí)，調(diào)整指令值以使得要求輸出估計(jì)值處于界限輸出估計(jì)值以?xún)?nèi)；以及控制單元，基于通過(guò)調(diào)整指令運(yùn)算單元調(diào)整后的指令值來(lái)控制移動(dòng)體的馬達(dá)。
文檔編號(hào)B62K17/00GK102666265SQ201080051630
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2010年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月6日
發(fā)明者安藤玄 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社